[发明专利]空心件的精密浇铸方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在精密浇铸领域中用于加工浇铸件的方法，所述 浇铸件具有中空结构部，所述方法借助于陶瓷模具实现。

背景技术

现有精密浇铸技术在一次性模具(verlorenenForm)中使用一次 性模型(verlorenenModells)，所述一次性模型在外形上被设计为构 造一次性的模型的陶瓷镀层。现有方法包括下列步骤：

-加工由硬质或弹性材料制成的正模型(positivenModell)(与待 生产的浇铸件具有相同的构造)；

-通过模型，浇铸液体后制造过渡模具，且冷却至凝固；

-提取模型；

-通过在空腔中浇铸第二种液体，形成过渡模型，并冷却至凝固；

-过渡模具熔融或溶解；

-过渡模型的陶瓷镀层，以便围绕过渡模型形成固体陶瓷外壳；

-过渡模型熔融或溶解，且在此，从陶瓷外壳排出出现的液体；

-为了形成最终的浇铸件，将熔融的金属填充进入外壳的空腔， 并使之冷却；

大多数燃气涡轮机制造商致力于改进由高温合金组成的多壁和 薄壁燃气涡轮机叶片。所述燃气涡轮机叶片包括复杂的气体冷却管 道，以提高叶片内冷却的效率，以实现更大推力及达到令人满意的使 用寿命。美国专利5.295.530和5.545.003是关于改进多壁和薄壁燃 气涡轮机叶片-设计，用于实现此目的所述多壁和薄壁燃气涡轮机叶 片-设计包括复杂的气体冷却管道。

根据本发明所述的方法，使得加工各种高质量的浇铸件成为可 能，因为所述方法无需考虑浇铸件的复杂度，可使一次性模型在一次 性模具中成形，同时，避免了一次性模型的断裂和变形的危险，及避 免使用用来防止变形的型芯。

精密浇铸是已知最古老的成型工艺，其在几千年前首次被使用，用于生产精细的由金属如铜、青铜和黄金制成的手工艺品。由于第二次世界大战工业时对由特殊金属合金制成的精密铸件的需求上升，工业的浇铸在20世纪40年代开始被使用。今天浇铸通常应用在航空和能源工业中，以生产燃气涡轮组件，如叶片和具有复杂形状的导向板及内部的冷却管道几何件。

加工通过精密浇铸(Feinguss)制成的燃气涡轮机叶片或导向叶 片，包括加工具有拥有内表面的外陶瓷壳的陶瓷浇铸模具，所述内表 面对应于翼形状；及加工具有一个或多个陶瓷的位于外部陶瓷壳内的 型芯，所述型芯对应于内部的冷却管道，所述内部的冷却管道在翼内 成形。熔融的合金倒入陶瓷模具中，然后冷却并固化。随后，通过机 械或化学的途径移除外陶瓷壳和陶瓷的型芯，以露出具有外轮廓的浇 铸的叶片，及内部的冷却管道(以一个或多个陶瓷型芯的形状)的空 腔(Hohlformen)。

现有多种用于形成具有相当复杂和精细的几何形状和尺寸的模 具嵌件和型芯的技术。同样，采用多样化的一系列技术，以便在模具 中定位和夹持嵌件。在模具组合件(Formanordnungen)中，用于夹 持型芯的最常用的技术是定位小的陶瓷销，所述陶瓷销可与模具或型 芯或二者一体地构成，且从模具表面突出延伸至型芯表面，此外，还 用于定位和支撑型芯嵌件。在浇铸之后，填充浇铸件中的空穴，例如 通过焊接等，优选地，通过合金填充，所述浇铸件由合金制成。

通常，通过陶瓷的型芯材料的适当液体的注入、注压或浇铸，使 得陶瓷型芯被成型为理想的型芯形状。所述陶瓷型芯材料包括一种或 多种陶瓷粉末、粘合剂和可选的添加剂，它们被浇铸到相应成形的型 芯模具工具中。

加工用于注入的陶瓷的型芯，首先，在相应型芯的浇铸半模具中 的所期望的型芯模具由耐磨损的硬化钢经过精加工成形，且半模具有 聚集在一起形成对应于所期望的型芯模具的注射体积部，由此通过加 压，陶瓷的模具量注入到注射体积部中。模具量包含由所述陶瓷粉末 和粘合剂组成的混合物。在陶瓷模具量硬化形成“生坯(Grünling)” 之后，半模具被分开，以释放生坯。

在生坯模具型芯从模具中取出后，经过一个或多个步骤，在高温 下烧制所述生坯模具型芯，以除去易挥发的粘结剂，及烧结和硬化型 芯，确切地讲，在浇铸金属材料时使用，例如基于镍或钴的高温合金。 这通常用于浇铸单晶燃气轮机叶片。